2016高中物理 第18章 原子结构课件 新人教版选修3-5

超级记忆法
第十八章 第三节
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超级记忆法-记忆规律
记忆前
选择记忆的黄金时段 前摄抑制：可以理解为先进入大脑的信息抑制了后进 入大脑的信息 后摄抑制：可以理解为因为接受了新的内容，而把前 面看过的忘记了
第十八章 第三节
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氢原子光谱的实验规律
1.光的产生 许多情况下光是由原子内部_电__子__的运动产生的，因此光 谱研究是探索_原__子___结__构__的一条重要途径。 2．巴耳末公式 1λ＝___R__21_2_－__n1_2 ___(n＝3,4,5…) 3．巴耳末公式的意义 以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的 _分__立__特征。
能否根据对月光的光谱分析确定月球的组成成分？ 答案：不能。月球不能发光，它只能反射太阳光，故其 光谱是太阳的光谱，对月光进行光谱分析确定的并非月球的 组成成分。
二、氢原子光谱的实验规律 1．氢原子光谱实验 在充有稀薄氢气的放电管两极间加上2kV～3kV的高压， 使氢气放电，氢原子在电场的激发下发光，通过分光镜观察氢 原子的光谱。(实验装置如图所示)
经典理论的困难
1.核式结构模型的成就 正 确 地 指 出 了 __原__子__核__ 的 存 在 ， 很 好 的 解 释 了 _α_粒__子__散__射__实__验___。 2．经典理论的困难 经典物理学既无法解释原子的__稳__定__性__又无法解释原子光 谱的__分__立__特__征__。
重点难点突破
如何利用规律实现更好记忆呢？
第十八章 第三节
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答案： A
已知氢原子的基态能量为 E1，激发态能量En＝ E1/n2，其中n＝2,3，…．用h表示普朗克常量，c表示真空中的 光速．能使氢原子从第一激发态电离的光子的最大波长为
()
A．－43hEc1
B．－2Eh1c
C．－4Eh1c
D．－9Eh1c
解析： 由 En＝E1/n2 知，第一激发态的能量为 E2＝E41，

色光
红 橙 黄 绿 蓝—靛 紫
光子能量 1.61～ 2.00～ 2.07～ 2.14～ 2.53～ 2.76～ 范围(eV) 2.00 2.07 2.14 2.53 2.76 3.10
处于某激发态的氢原子、发射的光的谱线在可见光范围内 仅有2条，其颜色分别为( )
A．红、蓝—靛 B．黄、绿 C．红、紫 D．蓝—靛、紫
解析： 由于原子发生跃迁时放出三种不同能量的光子， 故跃迁发生前这些原子分布在2个激发态能级上，即分布在n＝ 2，n＝3两个能级上，因为放出光子的最大能量为12．09 eV， 由E3－E1＝12．09 eV得E3＝－1．51 eV，故最高能级的能量 值是－1．51 eV．
答案： 2 －1．51
α粒子散射实验
离核以后速度的大小为________(用光子频率ν、电子质量m、
氢的电离能E1与普朗克常量h表示．)
解析： 由题意，hν＝12mv2＋E1，解得 v＝
2hνm－E1．
答案：
2hν－E1 m
大量氢原子处于不同能量激发态，发生跃迁时放 出三种不同能量的光子 ，其能量值分别是： 1.89 eV，10.2 eV，12.09 eV．跃迁发生前这些原子分布在____个激发态能级 上，其中最高能级的能量值是____eV(基态能量为－13.6 eV)．

液滴编号 1 2 3 4 …
电荷量/C 6.41×10－19 9.70×10－19 1.6×10－19 4.82×10－19
…
解析：表格中的数据与电子电量的比值关系为： qe1＝61.4.61××1100－－1199＝4，
qe2＝91.7.60××1100－－1199＝6， qe3＝11..66××1100－－1199＝1， qe4＝41.8.62××1100－－1199＝3.
(1)调节两金属板间的电势差 U，当 U＝U0 时，使得 某个质量为 m1 的油滴恰好做匀速运动．该油滴所带电荷 量 q 为多少？
(2)若油滴进入电场时的速度可以忽略，当两金属板 间的电势差 U＝U1 时，观察到某个质量为 m2 的油滴进入 电场后做匀加速运动，经过时间 t 运动到下极板，求此油 滴所带电荷量 Q.
得出结论：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元 电荷 e 的整数倍．
答案：电荷是量子化的，电荷的电荷量都是元电荷 的整数倍
【学习力-学习方法】
优秀同龄人的陪伴 让你的青春少走弯路
小案例—哪个是你
忙忙叨叨，起早贪黑， 上课认真，笔记认真， 小A 就是成绩不咋地……
好像天天在玩， 上课没事儿还调皮气老师， 笔记有时让人看不懂， 但一考试就挺好…… 小B
第十八章 原子结构
1 电子的发现
学习目标
1.知道电子是怎样发现 的及其对人类探索原子 结构的重大意义. 2.了解汤姆孙发现电子 的研究方法，知道电子 的电荷量和质量. 3.能运用所学知识解决 电子在电场和磁场中的 运动问题.
重点难点 重点 1.电子的发现
过程及其意义. 2.电荷的量子 化. 难点
C．保持步骤 B 中的电压 U 不变，对 M1、M2 区域 加一个大小、方向合适的磁场 B，使荧屏正中心处重现 亮点，试问外加磁场的方向如何？

一、原子的构成
1、构成原子的微粒有三种：质子、中子、电子. 决定原子种类的是：质子数
（所有原子都是三种粒子构成原子吗？有没有例外？） H原子例外，它没有中子。看表3-1 2、原子中：核电荷数=质子数=核外电子数 3、原子不显电性的原因：原子是由居于原子中心带正电的原子核和核外带负电的电子构成，原 子核又是由质子和中子构成，质子带正电，中子不带电；原子核所带的正电荷数（核电荷数） 和核外电子所带的负电相等，但电性相反，所以整个原子不显电性。
粒子散射实验是获取微观世界信息的重要方法。
1903年勒纳德电子束实验：
卢瑟福生平简介
杰出贡献: 1899年命名 α 射线、β 射线； 1902年提出原子自然衰变理论； 1911年提出原子的核式结构模型； 1919年发现质子，预言中子； 实现人工核反应。 直接培养了11名诺贝尔奖获得者。 被誉为原子物理学之父。
卢瑟福 (1871～1937)
二、α 粒子散射实验
1909～1911年，英国物理学家卢瑟 福指导他的学生盖革和马斯顿进行了 α粒子散射实验 1.α粒子特性： （1）具有足够的能量可以接近原子中心 （2）可使荧光物质发光
卢瑟福
二、α 粒子散射实验
2.α粒子散射实验装置介绍
真空
放射源
金箔
可转动的带有荧光 屏的放大镜
质子数 1 6 8 11 17
1、原子里质子数等于电子数 2、质子数与中子数不一定相等 3、原子核内质子数不同，原子种类不同 4、质子数≥1,中子数≥0
中子数 0 6 8 12 18
核外电子数 1 6 8 11 17
一、原子的构成
原子构成中的规律：
1、质子数 = 核外电子数 = 核电荷数 2、质子数不一定等于中子数；不是所有的原子都有中子，如氢的中子数为0。 3、不同原子，核内的质子数，核外电子数不同。

【特别提醒】①原子内部是十分“空旷”的.原子半径的数 量级为 10－10 m，原子核半径的数量级为 10－15 m，两者相差十 万倍，而体积的差别就更大了.若原子相当于一个立体的足球场 的话，则原子核就像足球场中的一粒米.,②α 粒子并没有与金原 子核直接发生碰撞.偏转的原因是库仑斥力影响的结果.
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按照卢瑟福的核式结构学说，可以很容易地解释α粒子的散 射实验现象．如图 18－1－4 所示．
图 18－1－4
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按照这个模型，由于原子核很小，大部分α粒子穿过金箔时 都离核很远，受到的斥力很小，它们的运动几乎不受影响；只 有极少数α粒子从原子核附近飞过，明显地受到原子核的库仑斥 力而发生大角度的偏转．
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(3)_1_8_9_7__年汤姆孙发现了_电__子__(阴极射线是高速电子流)．
电子的电量__e＝__1_._6_×__1_0_－_1_9_C__；
电子的质量__m_e_＝__9_.1_×__1_0_－__31_k_g__； 电子的比荷mee＝1.758 8×1011 C/kg；
电子的质量约为氢原子质量的1
第十八章 原子结构
1 电子的发现 2 原子的核式结构模型
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知识点 1 阴极射线 1．产生：在研究空气导电的玻璃管内有__阴___、___阳__两极， 当在两极间加一定电压，阴极便发出一种射线，这种射线为 _阴__极__射__线__．
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2．特点：碰到__荧__光__物__质___能使其发光 在稀薄气体的辉光放电实验中，若不断地抽出管中的气体， 当管中的气压降到 0.1 Pa 的时候，管内已接近真空，不能使气 体电离发光，这时对着阴极的玻璃管壁却发出荧光，如果在管 中放一个十字形金属片，荧光中会出现十字形阴影，如图 18－1－1 所示．

2．实际上，原子中的电子的坐标没有确定的值。因此，我 们只能说某时刻电子在某点附近单位体积内出现的概率是多 少，而不能把电子的运动看做一个具有确定坐标的质点的轨 道运动。
3．当原子处于不同状态时电子在各处出现的概率是不一样 的。如果用疏密不同的点子表示电子在各个位置出现的概率， 画出图来就像云雾一样，可以形象地把它称做电子云，如图 所示，是氢原子处于n=1的状态时的电子云示意图和氢原子 处于n=2的状态时的电子云示意图
3.关于玻尔的氢原子模型，下列说法正确的是（ B ） A.按照玻尔的观点，电子在一系列定态轨道上运动时向外辐射 电磁波
B.电子只有吸收能量等于两个能级差的光子才能从低能级跃迁 到高能级
C.一群电子从能量较高的定态轨道跃迁到基态时，只能放出一 种频率的光子
D.玻尔的氢原子模型彻底解决了卢瑟福原子结构模型的缺陷， 原子结构从此不再神秘
7.为了做好疫情防控工作，小区物业利用红外测温仪对出入 人员进行体温检测。红外测温仪的原理是：被测物体辐射的 光线只有红外线可被捕捉，并转变成电信号。图为氢原子能 级示意图，已知红外线单个光子能量的最大值为1.62eV，要 使氢原子辐射出的光子可被红外测温
仪捕捉，最少应给处于n=2激发态的
氢原子提供的能量为（ C ）
（2）一个处于基态且动能为Ek0的氢原子与另一个处于基态且 静止的氢原子进行对心碰撞。若要使其中一个氢原子从基态跃
迁到激发态，则Ek0至少为多少？
解：（2）设氢原子质量为m，初速度为v0，氢原子相互作用后 速度分别为v1和v2，相互作用过程中机械能减小量为ΔE
由动量守恒定律得： mv 0 mv1 mv2
A.10.20eV
B.2.89eV
C.2.55eV
D.1.89eV

选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的 光谱
产生条件：炽热的白光通过温度比白光低的气体后， 再色散形成的 光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出 现一些暗线（与特征谱线相对应）
光谱分析
1）由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴 别物质和确定物质的组成成分。这种方法叫做光谱分析。
1885年，巴耳末对当时已知的，在可见光区的4条谱线作了 分析，发现这些谱线的波长可以用一个公式表示： 巴耳末公式:
其中R = 1.10 ×10 m 叫里德伯常量
7
-1
氢原子光谱的实验规律
除了巴耳末系，后来发现的氢光谱在红外和紫个光区的其 它谱线也都满足与巴耳末公式类似的关系式。
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
研究原子结构的途径
早在17世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象， 并把实验中得到的彩色光带叫做光谱。
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
研究途径：光谱
光谱
用光栅或棱镜把光按波长分开，得到光的波长（频率）成 分和强度分布的记录，叫光谱。（有时只记录波长成分）
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
选 修 3 5 18.3 － 氢 原 子 光 谱
1、在实际生活中，我们可以通过光谱分析来鉴别物质和物质的 组成成分。例如某样本中一种元素的含量达到10-10g时就可以被 检测到。那么我们是通过分析下列哪种谱线来鉴别物质和物质 的组成成分的（ BC ） A 连续谱
B 线状谱
C 特征谱线 D 任意一种光谱
C、在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这说明了 太阳内部缺少对应的元素。 D、在研究太阳光谱时发现太阳光谱中有许多暗线，这些暗线 与某些元素的特征谱线相对应，这说明了太阳大气层内存在对 应的元素。

答案：ACD
知识点二 氢光谱的规律
提炼知识 1．研究光谱的意义：光是由原子内部电子的运动产 生的，因此光谱研究是探索原子结构的重要途径．
2．巴耳末公式：从氢气放电管可以得到氢原子光谱， 在可见光区的氢光谱符合巴耳末公式，用波长的倒数写 出的公式为1λ＝R212－n12(n＝3，4，5，…)．式中的 R 为 里德伯常量，实验值为 R＝1.10×107 m－1.可以看出，n 只能取正整数，不能连续取值，波长也只能是分立的值．
小试身手
1．(多选)关于光谱，下列说法正确的是( ) A．炽热的液体发射连续谱 B．发射光谱一定是连续谱 C．线状谱和吸收光谱都可以对物质成分进行分析 D．霓虹灯发光形成的光谱是线状谱
解析：炽热的液体的光谱为连续谱，所以选项 A 正 确．发射光谱可以是连续谱也可以是线状谱，所以选项 B 错误．线状谱和吸收光谱都对应某种元素的光谱，都可 以对物质成分进行分析，所以选项 C 正确．霓虹灯发光 形成的光谱是线状谱，所以选项 D 正确．
1．(多选)关于光谱和光谱分析，下列说法正确的是 ()
A．发射光谱包括连续谱和线状谱 B．太阳光谱是连续谱，氢光谱是线状谱 C．线状谱和吸收光谱都可用作光谱分析 D．光谱分析帮助人们发现了许多新元素
解析：线状谱和吸收光谱都是原子的特征光谱，都 可用来进行光谱分析，太阳光谱是吸收光谱．
答案：ACD
3．光谱分析． (1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达 10－10 g. (2)应用 ①应用光谱分析发现新元素； ②鉴别物体的物质成分：研究太阳光谱时发现了太 阳中存在钠、镁、铜、锌、镍等金属元素； ③应用光谱分析鉴定食品优劣．
【典例 1】 (多选)下列关于光谱和光谱分析的说法中，
正确的是( ) A．太阳光谱和白炽灯光谱都是线状谱 B．煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气或霓虹灯产生的光谱都

防止气体电离，终于获得了稳定嘚静电偏转。得出阴极射线带负电。
❖ ⒉定量研究 ：
❖
计算出阴极射线嘚荷质比e/m。
❖ ⒊普遍性证明
思考与研讨
习题1：如图，在两平行板间有平行嘚均匀电场E，匀强磁场B。MN是荧光屏，中心为O，OO’=L，在荧 光屏上建立一个坐标系，原点是O，y轴向上，x轴垂直纸面向外，一束速度、荷质比相同嘚粒子沿OO’ 方向从O’射入，打在 屏上P（- ）点，求： （1）粒子带何种电荷？ （2）B嘚方向？ （3）粒子嘚荷质比？
新课标人教版课件系列
《高中物理》 选修3-5
第十八章 《原子结构》
18.1《电子嘚发现》
教学目标
❖ 1、知识与技能 ❖ （1）了解阴极射线及电子发现嘚过程； ❖ （2）知道汤姆孙研究阴极射线发现电子嘚实验及理论推导。 ❖ 2、过程与方法：培养学生对问题嘚分析和解决能力，初步了解原子不是最小不可分割嘚粒子。 ❖ 3、情感、态度与价值观：理解人类对原子嘚认识和研究经历了一个十分漫长嘚过程，这一过程也
电子嘚发现具有伟大嘚意义，因为这一事件使人们认识到自然界还有比原子更小嘚实物。电子嘚发现打 开了通向原子物理学嘚大门 ,人们开始研究原子嘚结构 .
他被科学界誉为“一位最先打开通向基本粒子物理学大门嘚伟人”
J.J.汤姆生对电子嘚研究过程和方法
❖ ⒈定性研究：
❖
J.J.汤姆生还改进了赫兹嘚静电场偏转实验，他进一步提高了真空度，并且减小极间电压，以
光
线状光谱 ｛
产生条件：稀薄气体发光形成嘚光谱
谱
（原子光谱）
光谱形式：一些不连续嘚明线组成，不同元素嘚明线光谱不同（又叫特征
光谱）
定义：连续光谱中某些波长嘚光被物质吸收后产生嘚光谱

35
•各种光谱 •连续光谱
H的发射光 谱
钠的发射 光谱
钠的吸收 光谱
太阳的吸
36
收光谱
各种光谱的特点及成因：
定义：由发光体直接产生的光谱
13
汤姆生的原子模型
正电荷
在汤姆生的原子模型中， 原子是一个球体；正电核均匀 分布在整个球内，而电子都象 布丁中的葡萄干那样镶嵌在内。
电子
14
α粒子散射实验
卢
1909～1911年，英国物理学家卢瑟 福和他的助手们进行了 粒子散射实
瑟 福
验
著名的 粒 子散射实验
15
著名的 粒子散射实验
16
粒子散射实验的结果 绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数 粒子发生
4
汤姆生如何测定出粒子的荷质比？
• 让带电粒子垂直射入匀强磁场，如果仅受磁 场力作用，将做匀速圆周运动，洛仑兹力提 供向心力：
m v2 evB r
5
汤姆生如何测定出粒子速度v和半径r？
• 1、让粒子垂直射入正交的电磁场做匀速
直线运动： v E B
2、让粒子垂直射入匀强电场仅受电场力作
用达到最大偏转
1
2
汤姆生 的伟大发现
• 汤姆生发现电子之前人们认为原子是组成 物体的最小微粒,是不可再分的.汤姆生对阴 极射线等现象的研究中发现了电子,从而敲 开了原子的大门.
3
探索阴极射线
• 1858年德国的科学家普里克（J.Plucker， 1801——1868）发现了阴极射线。
• 阴极射线究竟是什么？汤姆生如何测定阴 极射线的电荷？
答案：B
23
2、卢瑟福α粒子散射实验的结果 A、证明了质子的存在 B、证明了原子核是由质子和中子组成的 C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上 D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动

选修3-5·人教版 物 理
第十八章 原子结构
（2）基态氢原子的电离能为13.6 eV，则13.6 eV的光子被 氢原子吸收刚好电离，同理，15 eV的光子和15 eV的电子均 可供氢原子电离。至于13.6 eV的电子，由于电子和氢原子 的质量不同，因此两者碰撞时电子不可能把13.6 eV的能量 全 部 传 递 给 氢 原 子 ， 因 此 用 13.6 eV 的 电 子 碰 撞 氢 原 子 时，氢原子不能电离。通过以上分析可知选项A、B、D正 确。
是（ ） A.用13.6 eV的光子照射 B.用15 eV的光子照射 C.用13.6 eV的电子碰撞 D.用15 eV的电子碰撞
选修3-5·人教版 物 理
第十八章 原子结构
【审题指导】 根据玻尔理论，当原子从低能态向高能态 跃迁时，必须吸收光子才能实现。相反，当原子从高能态向 低能态跃迁时，必须辐射光子才能实现，不管是吸收还是辐 射光子，其光子的能量都必须等于这两个能级的能量差。欲 想把处于某一定态的原子的电子电离出去，就需要给原子一 定的能量。
【答案】 D
选修3-5·人教版 物 理
第十八章 原子结构
这是高考出题概率比较大的知识点，考查的内容多为能 级跃迁问题，发光跃迁主要会推算光谱线的条数及光子能量 的计算。吸收能量跃迁有两种情况，一种是吸收光子跃迁， 吸收的光子的能量必须正好是能级之间的能量差才行，否则 不吸收；一种是吸收实物粒子的能量，这种吸收必须具备的 条件是实物粒子要有大于等于能级差的能量。
【答案】 （1）ACD （2）ABD
选修3-5·人教版 物 理
第十八章 原子结构 【总结提升】 审题时一定要注意两点： 一是看是跃迁还是电离；二是看使原子受激发的是光子还
是电子。
选修3-5·人教版 物 理

不仅荣获了1906年诺贝尔物理学奖,而且被后人誉为“最先打开通
向基本粒子物理学大门的伟人”。
阴极射线的本质是带电的粒子流,即电子流。
探究一
探究二
典例剖析
【例题1】阴极射线从阴极射线管中的阴极发出,在其间的高电
压下加速飞向阳极,如图所示。若要使射线向上偏转,所加磁场的
方向应为(
)
A.平行于纸面向左 B.平行于纸面向上
探究一
探究二
(2)实验装置:
①α粒子源:钋放在带小孔的铅盒中,放射出高能α粒子,带两个单
位的正电荷,质量约为氢原子质量的4倍。
②金箔:特点是金原子的质量大,且易延展成很薄的箔。
③放大镜:能绕金箔在水平面内转动。
④荧光屏:荧光屏装在放大镜上。
⑤整个实验过程在真空中进行。金箔很薄,α粒子很容易穿过。
探究一
答案:×
2.探究讨论。
(1)人们对阴极射线的本质的认识有两种观点,一种观点认为是电
磁辐射,另一种观点认为是带电微粒,你认为应如何判断哪种观点
正确?
答案:可以让阴极射线通过电场或磁场,若射线垂直于磁场方向
通过磁场后发生了偏转,则该射线是由带电微粒组成的。
(2)有人认为α粒子发生散射的主要原因是α粒子撞击到了金箔原
单位的正电荷,质量为氢原子质量的4倍。
2.实验方法
用α粒子源发射的α粒子束轰击金箔,用带有荧光屏的放大镜,在
水平面内不同方向对散射的α粒子进行观察,根据散射到各方向的α
粒子所占的比例,可以推知原子中正、负电荷的分布情况。
3.实验装置
4.实验现象
(1)绝大多数的α粒子穿过金箔后,基本上仍沿原来的方向前进。
C.电子质量是质子质量的1 836倍